南京师范大学联合安徽师范大学及澳大利亚阿德莱德大学团队综述微生物组对种子休眠与萌发生理及分子机制的影响

本文转自：植物科学最前沿，如侵权请联系删除。

2026年1月13日，南京师范大学生命科学学院戴传超/孙凯研究团队联合安徽师范大学王程亮研究团队和澳大利亚阿德莱德大学陈仲华研究团队于Plant Communications杂志在线发表了题为“Seed-microbiome interactions: Mechanistic insights and utilization toward seed performance for sustainable agriculture”的文章。该综述系统总结了植物-种子微生物组的共进化关系，揭示了种子微生物协助宿主适应环境的核心途径和机制，并提出结合微生物种子包衣、人工智能等前沿技术，为种子微生物组在精准种业中的创新应用提供了重要的理论依据。

全球农业体系正面临着由日益加剧的气候变化、人口增长以及相互交织的粮食安全危机驱动的空前挑战。种子作为全球粮食安全的关键基石，其质量与萌发进程面临气候变化的严峻挑战；种子微生物组能助力种子提升抗逆水平、优化养分吸收，厘清其调控机理并结合基因型与农业管理，是推动农业可持续发展的关键环节。

研究内容

1.种子微生物的传播、定殖与宿主共进化过程

植物与种子微生物在长期协同进化中形成了紧密的互惠关系。随着纯培养、显微技术和多组学技术的发展，种子相关微生物群落及其重要生物学功能得以揭示。本文首先综述了种子微生物组的组成结构、互作关系的进化与动态演变，并深入探讨了农业管理与种子萌发过程对其群落构建的关键作用，为理解植物-微生物共生体系的起源与适应机制提供了重要视角。

图1 种子相关微生物在植物生命周期中的迁传播模式

2.微生物对种子萌发与休眠的调控

种子休眠状态到萌发的转变对于植物生命周期至关重要。这一关键转变由脱落酸与赤霉素等内源植物激素的精密拮抗调控所主导。与此同时，种子相关微生物通过复杂的互作模式赋予宿主显著的适应性优势，其生态功能虽已得到确认，但调控种子命运的分子机制仍亟待探索。多组学分析和测序技术的飞速进展正逐步为我们揭示种子-微生物互作机制。从作为桥梁的植物激素网路（例如脱落酸和赤霉素），到共同作用的细胞壁修饰酶系（例如β-1, 3葡聚糖酶），再到真菌来源的促萌发信号（例如海藻糖），微生物为种子生命周期的调控带来了新的策略。

图2 微生物调控种子休眠与萌发的植物激素通路示意图

图3植物和/或微生物来源的细胞壁降解酶靶向种皮或微生物细胞壁

3.环境、种子微生物与萌发的三重互作

在开放环境中，种子不可避免地暴露于极端天气、病原体等生物与非生物胁迫之下，这些因素严重制约种子萌发与幼苗建成。环境条件对种子微生物组的组装具有重要影响：有益的种子微生物能够感知环境变化，协助种子适应动态环境。尤其值得注意的是，微生物诱导宿主抗性的信号通路与调控种子萌发的路径常存在显著重叠（例如活性氧），这暗示了一种进化上保守的调控机制，它同时协调着种子-微生物互作关系与发育可塑性。本文归纳了在非生物/生物胁迫下种子微生物（例如芽孢杆菌属和微杆菌属）调控种子萌发潜在机制。 

图4 非生物与生物胁迫下种子微生物组介导萌发的机制

4.种子相关微生物群与现代农业

调控种子微生物组为可持续农业带来了革命性机遇，例如通过精细调控种子萌发过程，利用其独特地位实现早期高效的植物定殖。先进育种技术、人工智能预测、合成菌群工程和微生物包衣技术正在放大这一潜力，使定制化设计种子微生物群落成为可能，从而提升植物适应性与抗逆性。然而，将这一前景转化为可靠的田间应用仍面临重大挑战。例如，引入的种子微生物组在动态变化的土壤环境中难以保证功能稳定性。此外，弥合实验室研究与农田表现之间的鸿沟需要建立标准化操作流程和适应性监管框架。因此，该领域的发展前景取决于跨学科合作能否深入解析种子微生物组、作物及农业生态系统间的复杂互作机制。

图5 种子微生物组在可持续农业中的潜在应用概述（以水稻穗发芽为例）

研究总结

种子与微生物的相互作用为可持续农业提供了新机遇，其能对种子萌发进行精准调控，有望成为化学种衣剂的潜在替代方案。此外，植物激素的交互对话与分子识别构成了这一合作关系的核心，其不仅受微生物功能调控，也同步受到环境变化的支配。因此，种子微生物组具备显著潜力，可作为替代性生物肥料实现养分优化，并作为生物农药增强抗性，从而提升种子的农业价值。进一步整合特定微生物的多组学分析、靶向微生物功能的基因组编辑技术，结合人工智能预测模型及微生物种子包衣等生物技术应用，将成为加速解析作物育种中种子微生物组的有力方案。这些研究将揭示微生物组调控种子休眠与萌发的内在机制，推动面向可持续农业的种子接种剂的研发。

研究团队

南京师范大学许馨月和安徽师范大学王程亮教授为论文的并列第一作者。南京师范大学孙凯副教授、戴传超教授，澳大利亚阿德莱德大学陈仲华教授和安徽师范大学王程亮教授为本论文的共同通讯作者。该研究获得国家自然科学基金、江苏省卓越博士后计划、江苏省高校优势学科建设工程、安徽省科学技术厅重点研发项目、澳大利亚研究理事会（ARC）等项目的支持。

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